山西大同盆地北部地热地质特征及资源潜力

【研究目的】大同盆地为新生代断陷盆地,具有较优越的地热地质条件,但由于盆内地球物理和钻探资料较少,针对盆地结构、沉积地层分布、地热地质特征和资源评价研究相对薄弱,在一定程度上制约了对大同盆地地热资源的潜力认识和开发利用。【研究方法】本文综合应用新的二维地震及钻测井等油气和地热勘探资料,开展了大同盆地北部地质结构、断裂、沉积地层、地热地质特征等研究,评价了地热资源潜力,估算了地热资源量,指出了地热资源有利区。【研究结果】将大同盆地划分为怀仁凹陷、桑干河凹陷、应县凹陷和黄花梁低凸起、桑干河西凸起5个二级构造单元;盆地北部(大同市境内)具有较好的地热地质条件及地热资源潜力,主要发育新近系砂岩和太古界基岩两套热储层,并发育较厚的第四纪热盖层,新生代拉张作用和火山活动强烈,总体处于大地热流高值区,具备新近系砂岩和太古界基岩层状地热资源潜力,总静态资源量约68.8×10^(15)kJ,折合标煤约23.47亿t。【结论】综合评价认为大同盆地怀仁凹陷西部和桑干河凹陷北部为水热型地热资源一类区,是地热勘探开发有利目标区,热储埋深大于2000 m,预测平均水温大于60℃,单井涌水量可达60 m^(3)/h,怀仁凹陷东北部和桑干河凹陷西南部为地热资源二类区,黄花梁低凸起和桑干河西凸起区地热资源相对较差。

川西鲜水河、安宁河和龙门山断裂带地热水的水文地球化学特征及成因模式的讨论

[研究目的]研究川西鲜水河断裂带、安宁河断裂带和龙门山断裂带地热水的水化学特征及成因模式,可为川西地热水资源的合理开发利用提供重要参考依据。[研究方法]本文运用水文地球化学、热储温度计算、氢氧同位素等方法分析了分布在3条断裂带上的48处典型温泉(地热井)的水化学组分、水化学过程、热储温度和深度、热水补给来源等特征,并探讨了其形成模式。[研究结果]结果显示:(1)鲜水河断裂带热水水化学类型以HCO_(3)-Na型为主;龙门山断裂带主要为SO_(4)-Na和Cl-Na型;安宁河断裂带包括HCO_(3)·Cl-Na、HCO_(3)·SO_(4)-Ca·Mg和Cl·SO_(4)-Na型等。(2)3条断裂带地热水组分主要受硅酸盐矿物溶解和离子交换作用控制。(3)鲜水河断裂带热储温度为129.6~210.6℃,深度为2532~4184 m,冷水混入比为66%~82%;安宁河断裂带热储温度为81~121.9℃,深度为2155~3519 m,冷水混入比为52%~95%;龙门山断裂带热储温度为108.2~153℃,深度为3573~5654 m,冷水混入比为68%~89%。(4)3条断裂带的地热水接受大气降雨补给,补给高程分别为鲜水河断裂带2493~5034 m、安宁河断裂带3235~3839 m和龙门山断裂带1628~4574 m。(5)鲜水河断裂带地热水的“δ^(18)O漂移”程度强于安宁河断裂带,龙门山断裂带部分地热水出现“δ^(18)O漂移”和“负向漂移”特征。[结论]基于本次研究得到的3条断裂带地热水成因模式,鲜水河断裂带地热水的开发潜力优于安宁河断裂带、龙门山断裂带,是四川省中高温地热资源开发利用的优势靶区。

江西省地热资源赋存特征及潜力评价

【研究目的】江西省地热资源丰富,具有较好的地热资源开发利用潜力。【研究方法】本文介绍了江西省地热资源分布特征、地热成因类型、地热水化学特征,并评估了各设区市的地热资源潜力。【研究结果】江西省地热资源主要可分为隆起山地循环对流型和沉积盆地型两种类型,其中隆起山地循环对流型占95%以上。隆起山地循环对流型地热系统主要分布在九连山、武功山、九岭山和罗霄山脉一带,主要受控于周围的断裂构造尤其是深大断裂构造,通常出露在两大断裂交汇的位置。【结论】江西省地热资源分布基本与地温梯度、大地热流和深部温度格局特征相吻合,地热流体水化学类型以HCO_(3)-Na型为主,矿物度较低,以淡水为主,地热流体主要来源于大气降水。地热资源潜力评价结果显示赣州和宜春地热资源最为丰富,地热资源量均超过45000×10^(10)kJ。

土耳其地热能产业发展对中国的启示

【研究目的】地热能作为一种清洁高效的可再生能源,在能源紧缺与气候变化的双重驱动下,正逐渐受到各国重视。开发地热资源,成为加快能源结构调整以及“双碳”目标实现的重要途径。近年来,土耳其地热能产业高速发展,截至2021年,地热发电总装机容量约为中国的30多倍,地热能直接利用则由2005年的1177 MW增加到2022年的4000 MW,取得了举世瞩目的成绩。土耳其与中国共处于地中海—喜马拉雅地热带上,地热资源丰富,土耳其地热能产业发展对于中国具有重要借鉴意义。【研究方法】本文采用文献综述的方法,分析土耳其地热资源条件,研究地热能产业发展现状,总结其快速发展的原因。结合中国地热资源条件与发展现状,借鉴土耳其经验,剖析影响中国地热发展的主要问题,提出对策与建议。【研究结果】研究表明,21世纪以来,土耳其政府大力支持地热能产业发展,其快速发展的原因和主要经验有:(1)政府承担前期勘探工作,有效降低企业开发风险;(2)政策引导、立法补贴,有效提高开发企业积极性,降低投资成本;(3)融资支持,为地热能发展提供资金保障;(4)国际合作、技术引领,有力促进地热能高效开发利用。【结论】借鉴土耳其地热能产业快速发展经验,结合中国实际,提出以下建议:(1)立法先行,完善管理机制,明确地热开发利用规程;(2)政策激励、补贴支持,充分调动企业积极性;(3)科学布局,实现地热产业高效发展;(4)加强国际交流,助力技术进步;(5)增强公众意识,提高地热能认知度。

青藏高原如角高温地热系统构造-热耦合成热模式

【研究目的】地表热异常的形成无外乎两方面原因:异常的热源及异常的热传递方式。“厚壳”与“热壳”共存,是青藏高原高温地热系统与一般汇聚板缘型地热系统的最大差异。部分熔融(热)作为“热壳”中的异常热源,断裂系统(构造)作为“厚壳”中的对流传热通道,清晰刻画两者空间关系,探讨构造-热耦合成热模式,可能是完善“厚壳”与“热壳”共存下青藏高原特色成热理论的重要途径。【研究方法】本次研究以萨嘎县如角沸泉为例,运用大地电磁测深、音频大地电磁测深。【研究结果】探测断裂系统与部分熔融的空间关系;结合已有地球物理、地热地球化学研究,建立如角沸泉构造-热耦合成热模式;并以断裂系统的交汇处为目标体,布设两口生产井。【结论】如角式构造-热耦合成热模式具有普适性,对于完善青藏高原特色成热理论及提高地热勘查成功率具有重要意义。

雄安新区高阳地热田热储高于庄组碳酸盐岩不同围压下破碎规律研究

【研究目的】雄安新区高阳地热田D34钻孔为中国地质调查局中国地质科学院于2020年钻获的华北盆地最高温地热井,井口温度达123.4℃,出水量为94.5 m3/h,为使温度如此高的地热井的地热开发利用程度最大化,开展压裂增产是其重要举措。因此,为获取相关参数,以制定最优的压裂增产方案,本次研究拟厘清储层岩石在不同围压下的破碎规律。【研究方法】本文在前人研究的基础上,以D34井钻获的深部高于庄组热储碳酸盐岩为研究对象,开展了常规三轴抗压及抗拉实验。【研究结果】实验结果表明:(1)高于庄组碳酸盐岩拉伸强度特征与压缩强度特征相近,且表现出明显的压缩破坏特征。随着围岩压力的增加,抗压强度具有典型的二次增高特征。(2)抗压强度及裂隙展布形态随深度变化呈现出差异性,其中均匀发育的多裂缝和单一主缝为主要形式扩展。在20 MPa、40 MPa围压下,屈服强度分别与弹性模量、泊松比协同变化。(3)储层不同深度拉伸裂隙的扩展方式有所差异,较浅部拉伸裂隙主要以小幅度多级扩展为主,而较深部岩石则表现出均匀扩展态势。【结论】结合抗压和抗拉实验结果,认为热储高于庄组压裂增产效果较好,且储层浅部形成复杂压裂网络的可能性高于深部储层,但总体脆性指数分布差异较小,故认为无需对储层不同深度采取不同的压裂施工方案。

太原盆地岩溶地热系统的形成演化及其地热资源潜力

【研究目的】太原盆地作为优质岩溶热储分布与城市供暖需求匹配良好的地区之一,其岩溶地热系统的形成演化与成因要素的研究对本区地热资源的整体开发以及断陷盆地型地热资源展布规律的认识均具有重要的指导意义。【研究方法】本文在综合前人研究成果与最新54口地热井资料的基础上,分析了太原盆地岩溶地热系统的热源、热储展布和水热动力学特征,并分8个单元评价了地热资源量。【研究结果】结果表明,岩溶热储发育的层位主要为华北板块广泛分布的下古生界奥陶系,经历了早古生代末的表生岩溶、晚古生代的直接盖层沉积、中生代岩溶地热系统初始形成、新近纪的改造与第四纪最终定型等5个阶段。该地热系统的热源来自于新生代裂谷盆地产生的高大地热流(最高达79.12 mW/m^(2)),热传递方式可分为强烈对流型(盆地边缘)和热传导型(盆地内部)截然不同的两类。热储储集性能具纵向分层、平面分带特征。在纵向上识别出15~20层有效储集段,累计厚度160~180 m,可划分为3~4层主力含水段;在平面上有利储集带主要受NE向隐伏构造的控制,且主力含水层在运移过程中易发生“越流”现象。盆地中段的奥陶系热储因埋藏适中(约400~1900 m)、且储层温度较高(30~75℃),是最有利的勘探开发区。依据热储体积法评价出太原盆地岩溶地热系统可利用的静态地热资源量为83.03×10^(8)GJ,折合标煤2.83×10^(8)t。【结论】年开采地热资源量可满足1502万m^(2)的供暖面积。鉴于目前已开发资源仅占可开发的23.3%,开发潜力巨大。

二氧化碳羽流地热系统的碳封存经济分析

【研究目的】二氧化碳羽流地热系统(CPGS)在取热的同时可实现CO_(2)地质封存,在碳达峰与碳中和背景下,CPGS碳封存的经济性是众多学者关注的要点。【研究方法】以松辽盆地泉头组为例,采用数值模拟方法对比分析了注入压力、井间距与回注温度对热提取率的影响,在供暖情景下,计算了CPGS供暖效益与碳封存成本,并与常规水热型地热系统供暖效益进行了对比。【研究结果】受携热介质转变与热突破影响,CPGS开采井温度呈现“降低-稳定-降低”的趋势,其中井间距对开采井温降影响显著,井间距越小开采井温降越明显;热提取率与回注压力呈现正相关性,与回注温度呈现负相关性,井间距对热提取率影响不显著;CPGS与常规水热型地热系统相比,采热量呈现“高-低-高”三个阶段,其中回注压力越小、回注温度与储层温度越接近,实现CPGS较水介质多采热能所需的时间越短。【结论】仅考虑CO_(2)价格与取热效益,供暖收益抵消部分碳封存成本后,井间距对CO_(2)封存单位成本影响最为显著,井间距越小,CO_(2)封存单位成本降低越迅速,在注采井间距300 m条件下,持续开采30 a后CO_(2)封存单位成本可降至160元/t。

雄安新区地热水的化学场特征及影响因素分析

【研究目的】雄安新区地热水化学场特征及其影响因素对了解区域地热资源聚敛机制具有重要意义。【研究方法】在区内5个主要构造单元(容城凸起、牛驼镇凸起、霸县凹陷、保定凹陷和高阳低凸起)开展地热水水化学采样和测试分析工作。【研究结果】研究区内主要分布有砂岩热储和岩溶热储,水化学类型以Cl-Na型和Cl·HCO_(3)-Na为主。从浅入深,地热水TDS值呈增大趋势。自西向东,地热水TDS含量表现为增大的趋势,指示着地下水流向。受断裂带导水作用影响,部分深部雾迷山组与馆陶组地热水发生混合现象。雾迷山组岩溶热储地热水的变质系数和脱硫系数低,热储封闭性较好,处于相对还原状态,而馆陶组和明化镇组砂岩热储地热水封闭性相对较差。【结论】区内地下水化学场主要受水岩相互作用程度、断裂、储层封闭性等因素影响。研究成果对于认识雄安新区地热资源、科学合理开发利用地热能,推进北方地区冬季清洁取暖具有重要意义。

河南淮阳县地热流体化学特征及其成因分析

【研究目的】淮阳地热属于典型的中低温沉降盆地型地热,研究淮阳县地热资源的质与量,有助于其合理开发利用及科学管理。【研究方法】本文综合利用地球化学、环境同位素,对淮阳县地温场及地热流体化学特征和成因进行分析研究。【研究结果】结果表明,深部热储地温场受基底构造与断裂影响较明显,构造单元分界处和多条断裂交汇处,地温梯度较高,如苏庄地温梯度3.75℃/100 m,其他地段<3.5℃/100 m。研究区内地热流体中主要为Cl·HCO_(3)·SO_(4)-Na、Cl·SO_(4)·HCO_(3)-Na、Cl·SO_(4)-Na型。地热流体中阳离子主要以Na^(+)为主,阴离子呈多样化,研究区地热流体主要来源于西部伏牛山区的大气降水,且地热流体发生水-岩作用,但相对较弱。地热流体为1952年前入渗补给的“古水”。【结论】淮阳经济可开采热储层主要为新近系明化镇组和馆陶组,区内地热资源开发主要可用来供暖,以促进当地经济发展,助力于本地区“双碳”目标的达成。

沧县隆起北部地区地热资源特征及开发潜力

【研究目的】地热资源特征研究及开发潜力分析是开发区域地热资源的重要依据。【研究方法】本文将前人研究成果与最新钻井资料相结合,通过对沧县隆起北部地区地热地质背景、热储分布、地温场特征、水化学资源类型等主要因素进行剖析,建立了该区的地热成藏模式。【研究结果】沧县隆起北部地区是在渤海湾伸展型沉积盆地高大地热流值背景下,由北部燕山裸露区基岩接受的大气降水作为近源补给水源,进入基岩的冷水在深层循环过程中受到深部热源加热增温,沿断裂破碎带和不整合面向上运移富集,形成的以传导型传热机制为主的地热系统。【结论】本区地热资源特点为热储类型多、盖层地温梯度高、补给速度快、资源量巨大。主要表现为:区内分布馆陶组砂岩热储,奥陶系、蓟县系雾迷山组岩溶热储三套主力热水储集层;地温场分布主要受基底构造形态控制,基岩凸起区的平均地温梯度为45℃/km;地下水类型随着埋深的增加由HCO_(3)-Na、HCO_(3)·SO_(4)-Na型水向成熟的Cl-Na型水过渡;本区内三套热储的可采地热资源量为1.67×10^(10)GJ,折合标煤5.72×10^(8)t,年可开采地热资源量可满足供暖面积2亿m^(2),若在采灌平衡的条件下,沧县隆起北部地区年可采地热资源量为7.06×10^(7)GJ,折合标煤2.41×10^(6)t,可满足供暖面积0.85亿m^(2),具有良好的地热市场开发前景。

雄安新区D01井岩溶热储下伏太古界中热流测定研究

【研究目的】目前雄安新区范围内的热流数据多测自于新近系沉积盖层及白云岩地层,对岩溶热储下伏太古界的热流测定研究还鲜见报道,主要受限于以往的地热勘查开发层位主要在1800 m以浅的蓟县系岩溶热储,揭露岩溶热储下伏太古界的钻孔稀少。2018年以来,在雄安新区牛驼镇地热田实施了D01深部地热参数井,揭穿了高于庄组岩溶热储,并揭露太古界厚度达1723.67 m,给该地区岩溶热储下伏太古界的热流测定研究提供了条件。【研究方法】本文基于近稳态钻孔测温及岩心热导率测试,对D01井太古界进行了热流测定及分析。【研究结果】结果表明:D01井太古界呈显著的传导型地温特征,地温梯度为18.3℃/km,相比于新近系地温梯度48.6℃/km偏低。测得25块D01井太古界片麻岩岩心样品的热导率平均值为(2.41±0.40)W/(K•m)。根据钻孔测温数据及热导率测试,计算出D01井太古界2300~2700 m深度的热流值为(44.1±7.0)mW/m^(2)。同时,估算了D01井新近系400~800 m深度段的热流值为84.6 mW/m^(2),较太古界高出40.5 mW/m^(2)。【结论】分析认为D01井新近系较太古界高出热流主要为高孔渗岩溶白云岩层中地下水侧向热对流作用以及牛东断裂地下水垂向热对流作用共同所致。研究结果对前人提出的地下水运移聚热模式及导热断裂聚热模式提供了数据支撑,对雄安新区深部地热资源成因机制和太古界地温场研究具有重要意义。

天津东丽湖深部岩溶热储探测与储层参数研究及其开发利用潜力分析

【研究目的】天津市地热资源储量丰富、开发利用程度高,蓟县系雾迷山组三、四段白云岩热储是目前的主力开采层位,随着开发强度不断增大,部分地区开采潜力已达极限。探测深部地热资源、增加可开采资源量,成为保障天津地区地热可持续开发的有效途径之一。【研究方法】本次研究以东丽湖为重点研究区,开展深部热储地球物理探测,实施地热科学钻探CGSD-01井。【研究结果】主要结果包括:(1)CGSD-01井在3715 m钻遇雾迷山组二段,上覆雾迷山组三段底部发育一套紫红色泥质白云岩夹浅灰色细晶白云岩,厚度约73 m,裂隙不发育,具有隔水-弱透水性质;(2)CGSD-01井成井深度4051.68 m,孔底温度105℃,单位涌水量1.53 m^(3)/h·m,渗透系数0.40 m/d,导水系数48.69 m^(2)/d;(3)雾迷山组二段地热水类型为Cl·SO_(4)·HCO_(3)-Na型,矿化度1.7 g/L,初步推断地热水来源于大气降水,主要发生混合、阳离子交替吸附、碳酸盐岩溶解、硫酸盐还原等作用,且未达到平衡;(4)蓟县系雾迷山组二段单井最大涌水量可达130 m^(3)/h,出水温度100℃,单井可满足约30万m^(2)建筑物供暖需求。【结论】在天津地区深部热储第二空间首次探获高产能雾迷山组二段新储层,探明了热储结构和主要参数,显示出良好的资源前景。